技術介紹
染(ran)色(se)質轉座酶可(ke)及性測序（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing, ATAC-seq）是一(yi)種創(chuang)新的表(biao)觀遺傳學研究技術，由美國Stanford大(da)學的William Greenleaf教授(shou)在(zai)2013年所(suo)研發，該技(ji)術利用DNA轉(zhuan)座酶Tn5酶對(dui)某(mou)種特定(ding)時空(kong)下開放的核染色質區域進(jin)行切割，并結合(he)高通量(liang)測序(xu)(xu)技術來研究染色體的開放性，進(jin)而獲得在(zai)該特定(ding)時空(kong)下基因組中所有(you)活躍轉錄的調(diao)控序(xu)(xu)列。
結合10X Genomics測(ce)序(xu)平(ping)臺(tai)，Chromium單細胞核(he)ATAC測序(xu)技術（snATAC-seq）可以幫(bang)助研(yan)究者在單細胞水平上分析染色(se)質開放性，逐個細胞地揭示(shi)表(biao)觀基(ji)因組景觀，從(cong)而獲得細胞類型和狀態的信息并深入探(tan)究基(ji)因調控(kong)機制(zhi)。snATAC-seq可廣(guang)泛(fan)應用于癌(ai)癥、免疫、干細胞、胚胎分化發(fa)(fa)育(yu)和神(shen)經分化發(fa)(fa)育(yu)等表觀遺傳修飾的研究，為疾病或(huo)遺傳發(fa)(fa)育(yu)等研究提供了新的思(si)路。
研究方向(xiang)
? 定(ding)義細胞類型和細胞狀(zhuang)態(tai)
? 鑒定主要(yao)的調(diao)控因子
? 探索順(shun)式調控元(yuan)件(jian)，如啟動子(zi)和增強子(zi)
? 描(miao)繪基因(yin)調控(kong)網絡
技術優勢
? 單細胞分辨(bian)率
跨越群體的平均數信(xin)息，獲(huo)得(de)單個細(xi)胞核的表觀基因組圖譜
? 高捕獲效率
每個樣本細胞(bao)核捕獲率(lv)可達(da)60%以上
? 兼容多類型樣本
經驗(yan)證適用于細胞系、原代細胞、新(xin)鮮或冷凍(dong)組織的組織樣本
? 低成本(ben)
相較于其他單(dan)細胞核捕獲平臺(tai)或(huo)傳統酶切方(fang)法，10X平臺成本更低
項目流程
送(song)樣建議(yi)
樣本(ben)來(lai)源：人、大鼠(shu)和小鼠(shu)（其(qi)他樣本(ben)類型請咨詢）
新鮮或凍存的(de)組織樣本(ben)：黃(huang)豆(dou)大小；
單(dan)細胞懸浮液(ye)樣本：500-2,000個(ge)細胞/μL、細胞小(xiao)于(yu)40μm、細胞數(shu)大(da)于106、細胞活性大于80%；
單細胞細胞核懸浮液樣本(ben)：3,000-5,000個(ge)細胞核/μL、體積大于(yu)50μL、核膜完(wan)整(zheng)性較好；
結果展示(shi)
圖(tu)1 高質量的單細胞(bao)ATAC-seq文庫。左圖展示了GM12878細胞系的單細胞ATAC-seq文庫的(de)插(cha)入片段大小(xiao)分布情況(kuang)，峰(feng)的(de)出現以每184個堿(jian)基對的長度(du)作為周(zhou)期，揭(jie)示(shi)了(le)單(dan)個核小體和核小體多聚體對基因(yin)組(zu)的保(bao)護(hu)情(qing)況；右圖(tu)展示(shi)了(le)GM12878細(xi)胞系中預測的轉錄(lu)因(yin)子 (CTCF) 結合位點(dian)的足跡信號(hao)的累積情(qing)況。
圖2 外周血單(dan)個核細胞 (PBMC) 的染色質(zhi)開放性圖(tu)譜。左圖來(lai)自健(jian)康捐贈者的約10,000個 PBMC的t-SNE聚類結果。基于充(chong)分表征的 TF 基序(xu)和細(xi)胞類型特(te)異性峰(feng)的富集(ji)分數確定(ding)主要(yao)亞群；中(zhong)圖(tu)和右圖(tu)展示了表面覆蓋有CEBPA（單核細(xi)胞標志物）和(he) ELF1（自然殺傷(shang)T 細胞標志物）的(de)PBMC的染色質開放(fang)性圖譜，其中PBMC由20%的單核細胞和66%的自然殺傷T細胞組成。
經典案例
英(ying)文(wen)標題：Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells 1
發表期刊：Science (IF=47.73)
在傳(chuan)統認識中，小腦主要起著維持身體平衡、和協調軀體運動的作用，除此(ci)之外(wai)，小腦還參與其他復雜動作的過程，如語言和記憶等(deng)。小腦在發育過程中，生(sheng)發區(qu)以時空受限的方式產生(sheng)不(bu)同的神(shen)經(jing)元和神(shen)經(jing)膠質(zhi)細胞(bao)群——腦室區(qu)和(he)菱形唇。細胞類型(xing)的特化和分化(hua)過程由(you)增強子和(he)啟動子等順式作用元(yuan)件 (CRE)、以及與它們(men)結合的轉錄因子 (TF) 所調控。單(dan)細胞方法已被用于研究大(da)腦的基因調(diao)控(kong)機制，包括(kuo)發育中的小(xiao)鼠以及成年小鼠大腦和人類大腦，但一(yi)直缺乏對哺乳動(dong)物器官發育(yu)過(guo)程的全面描述(shu)。
在本項研究中，作者首先使用了snATAC-seq技術來描繪小(xiao)鼠(shu)出生前(qian)后、跨越(yue)11個階段的小腦發育時期中約(yue)90,000個細胞的(de)染色質可及性的景觀(guan)（代表CRE的(de)活性），該(gai)CRE活性(xing)特征圖譜突出了(le)基因(yin)調(diao)控過(guo)程中(zhong)在細(xi)(xi)胞水平和(he)時(shi)間維(wei)度上的特異(yi)(yi)性(xing)，發現了(le)細(xi)(xi)胞分化的命(ming)運與小腦祖細(xi)(xi)胞的時(shi)空異(yi)(yi)質性(xing)有關(guan)。然后，作者將上述snATAC-seq數據關(guan)聯脊(ji)椎動物基(ji)因(yin)組進行進化分析，發現(xian)CRE序列在小腦發育過程中(zhong)保守(shou)性下降，這可能(neng)是由(you)于小腦細(xi)胞分化導致的(de)。這項研究評估了小鼠小腦基(ji)因(yin)調控下的發(fa)育和進化(hua)動(dong)(dong)力學，并(bing)為哺(bu)乳動(dong)(dong)物器官發(fa)育提供了新見解。
圖(tu)3 小鼠小腦(nao)發育(yu)的snATAC-seq圖譜
1.Sarropoulos I, Sepp M, Fr?mel R, et al. Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells. Science (1979). 2021;373(6558). doi:10.1126/science.abg4696
